[发明专利]用于在增材制造期间操作多喷嘴挤出机的系统和方法

说明书

本发明题为用于在增材制造期间操作多喷嘴挤出机的系统和方法。本发明公开了一种增材制造系统，该增材制造系统具有控制器，该控制器被构造成在操作多喷嘴挤出机以在XY平面中形成条带时操作致动器以在该XY平面中移动多喷嘴挤出机并且使多喷嘴挤出机围绕垂直于该XY平面的轴线旋转。该控制器操作致动器和多喷嘴挤出机，以将该挤出机的喷嘴保持在针对物体形成的周边内，并且在挤出材料以形成精确结构时改变挤出机的速度和旋转。

技术领域

本公开涉及用于三维物体打印机的多喷嘴挤出机，并且更具体地，涉及用此类挤出机形成不同的结构。

背景技术

三维打印也称为增材制造，是由几乎任何形状的数字模型制备三维固体物体的工艺。许多三维打印技术使用增材法，其中增材制造设备在先前沉积的层的顶部上形成部件的连续层。这些技术中的一些技术使用挤出机，该挤出机将挤出材料(诸如ABS塑料)软化或熔融成热塑性材料，然后以预先确定的图案排出热塑性材料。打印机通常操作挤出机以形成连续的热塑性材料层，该连续的热塑性材料层形成具有各种形状和结构的三维打印物体。在形成三维打印物体的每一层之后，热塑性材料冷却并硬化以将该层粘结到三维打印物体的下面层。这种增材制造方法与传统物体形成技术不同，该传统物体形成技术主要依赖于通过减成法(诸如切割或钻孔)从工件上去除材料。

许多现有的三维打印机使用通过单个喷嘴挤出材料的单个挤出机。打印头在预定路径中移动，以基于三维打印物体的模型数据将构建材料发射到支撑构件的选定位置或三维打印物体的先前沉积的层上。然而，使用仅具有单个喷嘴的打印头来排出构建材料常常需要相当长的时间来形成三维打印物体。此外，具有较大喷嘴直径的打印头可更快地形成三维打印物体，但是对于更高细节的物体丧失了以更精细形状排出构建材料的能力，而具有较窄直径的喷嘴可形成更精细的细节结构但需要更多时间来构建三维物体。

为了解决单喷嘴挤出机的局限性，已经开发出多喷嘴挤出机。在这些多喷嘴挤出机中，喷嘴形成在公共面板中，并且通过喷嘴挤出的材料可以来自一个或多个歧管。在具有单个歧管的挤出机中，喷嘴中的所有喷嘴挤出相同的材料，但是从歧管到每个喷嘴的流体路径可包括阀，该阀被操作以选择性地打开和关闭喷嘴。这种能力使得能够通过改变挤出材料的喷嘴的数量和哪些喷嘴正在挤出材料来改变从喷嘴挤出的热塑性材料条带的形状。在具有不同歧管的挤出机中，每个喷嘴可以挤出不同的材料，其中从歧管中的一个歧管到其对应喷嘴的流体通道包括可以操作以选择性地打开和关闭喷嘴的阀。这种能力使得条带中的材料成分能够变化，并且从喷嘴挤出的热塑性材料条带的形状也可以变化。同样，这些改变是通过改变挤出材料的喷嘴的数量和选择哪些喷嘴挤出材料来实现。这些多喷嘴挤出机使得不同的材料能够从不同的喷嘴挤出并且可被用于形成物体而不必协调不同挤出机主体的移动。这些不同的材料可增强增材制造系统生产具有不同颜色、物理性质和构型的物体的能力。此外，通过改变挤出材料的喷嘴的数量，可以改变所产生的条带的尺寸，以在需要精确特征形成的区域诸如物体边缘提供窄的条带，而提供较宽的条带给物体的快速形成区域诸如其内部区域。

在具有其喷嘴在公共面板中的这些多喷嘴挤出机中，面板相对于构建平台的运动以及面板相对于平台的XY轴线的取向对于条带的形成是至关重要的。如本文档中所用，“条带”是指来自多喷嘴挤出机中的任何打开的喷嘴的作为聚集体形式的挤出热塑性材料，只要至少一个喷嘴保持打开并且从任何打开的喷嘴挤出热塑性材料即可。也就是说，即使打开多个喷嘴，但并不是所有排出的挤出物都相互接触，这些离散的挤出物仍然构成条带。连续条带是这样一种条带，其中来自多个喷嘴的所有挤出物在交叉处理方向上跨条带连续接触。